Автоматическая смена инструмента на станках с ЧПУ

С развитием станков на ЧПУ постепенно автоматизировались все операции, в т.ч. и смена инструментов в ходе обработки деталей. Многооперационная обработка по 3, 4 и 5 осям требует большей автоматизации, но, при этом значительно сокращает время производства. В идеале установка заготовки и инструмента в станок делается только один раз и не требует остановки оборудования для дополнительных операций. Для этой цели служат различные устройства быстрой (автоматической) смены инструмента.

Автоматическая смена инструмента ускоряет обработку, повышает ее точность и снижает процент брака. Частота смены инструмента в автоматических устройствах достигает 25 раз в час.
В общем установка и смена инструментов на оборудовании с ЧПУ таковы:
✅ Подбор фрез и резцов и установка их в инструментальный магазин;
✅ Размерная настройка;
✅ Кодирование;
✅ Смена изношенных инструментов;
Многие станки с ЧПУ имеют систему отслеживания хода обработки, если повышается нагрузка на шпиндель или ломается инструмент, – программа обработки останавливается. После этого нужно сделать ручную замену инструмента и снова запустить обработку. Эту проблему можно решить увеличением количества нужных инструментов в автоматическом магазине, особенно если он имеет повышенную ёмкость.

Устройства автоматической смены инструмента имеют различные конструкции, сейчас распространены 4 типа:
✅ Револьверная головка;
✅ Шпиндельная передача;
✅ Поворотная головка;
✅ Передача и установка автооператором;
Подробнее о держателях инструмента

Револьверная головка

Это самый простой способ автоматизации смены инструмента, используется в большей части одношпиндельных станков.
Резцы и другой инструмент устанавливаются вручную. Смена инструментов происходит через поворот на определенное количество шагов.
Существуют механизмы этого вида с вертикальной, горизонтальной и наклонной осями поворота. Номера ячеек для инструмента должны совпадать с указанными в управляющей программе.
Основные преимущества револьверной головки: простота и надёжность, но есть и ряд недостатков:

✅ Небольшое количество гнезд, их может быть недостаточно для полного цикла изготовления детали;
✅ Не подходит для станков с вращающимся инструментом, например фрезерных;
✅ Резцы находятся близко к шпинделю;
✅ В процессе износа инструмента снижается точность позиционирования;
На более современных револьверных головках для повышения точности установлены шаговые двигатели и асинхронные приводы с частотной регулировкой.

Магазин типа «Зонтик»

«Зонтик» представляет собой диск с гнездами под сверла и фрезы. При повороте диска происходит смена инструментов. Предназначен для фрезерных станков с ЧПУ, имеющих вертикальный шпиндель.

Магазин инструментов «Рука»

Особенность этого типа механизма смены инструмента в том, что поворотный механизм обычно имеет боковую установку и применяется на станках с горизонтальным шпинделем. В данном устройстве применяется двухзахватный манипулятор. Он извлекает инструмент из шпинделя, затем поворачивается на 180 и устанавливает фрезу для следующих операций.
Устройство «Рука» может оперировать фрезами даже с коническим хвостовиком (по ISO). При разработке УП инструменты можно обозначить произвольно. Такие механические устройства располагаются за пределами рабочей зоны станка, при этом время смены инструмента все равно сокращается.

Код для автоматической смены инструмента

При разработке УП для ЧПУ станков обычно применяется код M06.
Как правило, команда выглядит так: M06 T5. Прописанный адрес Т и следующая за ним 5 обозначают ячейку, из которой берется инструмент. В этом случае: No 5. В современных системах порядок данных в кадре любой, ЧПУ поймёт, если указать сначала номер ячейки, а потом команду смены.
После смены нужно скорректировать длину инструмента. Если этого не будет сделано, то возникает ошибка обработки, а фреза может сойти с прописанной траектории движения. Чтобы это сделать используется G43, а затем данные с нужным номером и точка, куда перемещается инструмент. Нужный фрагмент кода УП будет выглядеть так:

- N10 T5 M06
- N15 G43 H5 Z50.0

В этом случае инструмент был перемещён по оси Z.
Когда операция будет выполнена, то перед подачей следующего инструмента компенсацию длины предыдущего требуется отменить. На большинстве современных станков с ЧПУ это делается автоматически.